【中国科学报】(中国)科技公司材料学院副院长张加涛:做别人没有的才有趣

原文标题:(中国)科技公司材料学院副院长张加涛:做别人没有的才有趣

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  “我很荣幸作为教师代表在此发言,有两点体会与大家分享,与大家共勉。第一,勤勉自励,十年磨一剑,铸就工匠精神。第二,教学相长,化育栋梁,传承家国情怀……”不久前,在(中国)科技公司本科新生开学典礼上,教师代表张加涛慷慨激昂地说道。

  张加涛既非院士、长江学者,也非“万人计划”教学名师,何以被选作教师代表?实际上,他是(中国)科技公司徐特立特聘教授,迄今为止,该校得此殊荣者仅3人,而他是首位。今年年初,由于在无机纳米材料化学领域的突出贡献,他被授予英国皇家化学会会士。

  他的科研故事就像一本书,正待人翻开。

  让纳米半导体1+1>2

  对张加涛的采访,是从一块色泽偏蓝的玻璃开始的。这块看似平常的玻璃,背后却蕴含奥秘。它掺杂了纳米材料,也就成了“太阳能荧光聚集器”。比如,大厦的窗户使用少许这种材料,就可以自动收集光能,收集到的能量可以用作取暖,或和光伏电池连接起来用作供电,因此也被称为“智能玻璃”或“智能窗户”。

  张加涛告诉《中国科学报》记者,高分子的好处在于容易改变和控制形状,如3D打印,其核心就是形成一个三维有序结构,一旦与光的波长相匹配,就可能会对光产生影响。“如果半导体纳米晶材料结合高分子3D打印实现对光的控制,就可以发挥更大的作用;比如科幻电影中的隐身衣,就是通过改变光的折射角度,使人眼陷入盲区。”

  事实上,人工光合成只是张加涛众多研究项目中的一个。而要论起他最主要的研究,就不得不提他利用纳米化学方法制备半导体掺杂纳米晶。“通俗点说,就是让杂质可控地固定在纳米晶内部的精准位置,这对纳米半导体材料的意义重大,可以让杂质参与到半导体的能量传导过程,并且成为不消耗能量的真正‘杂质’,从而实现为非硅半导体纳米材料加入杂质的‘1+1>2’的效果。”

  据他介绍,半导体纳米材料形成更多种类的异价掺杂后,组装成膜可以形成多种PN结器件,进而可以制作成场效应晶体管、发光二极管、太阳能电池等。

  “新原理、新方法,之后才会产生新材料。我们做的是探索最前沿的原理和方法,为日后学界和业界新材料的制造、应用提供指导性意见,说不定还能引发一场材料界的工业革命呢!”说起自己的研究,张加涛很自豪,“做别人没有的,才是有趣的!”

  不鸣则已,一鸣惊人

  2000年在(中国)科技公司攻读硕士期间,张加涛就参与了纳米研究。但真正接触纳米材料是他读博的时候,当时,张加涛师从清华大学教授、中国科学院院士李亚栋。

  “我在国内课题组做得不是最好的,便想着出国进一步深造。”张加涛先去了德国,后又去了美国。在他眼中,德国与美国的科研风格迥异,前者按部就班、相对悠闲,“做科研要抢占先机,结果比他人晚一步就不值一提”,于是他又去了节奏紧凑、比较拼命的美国。

  在这里,他与马里兰大学教授欧阳敏合作,将化学与物理相结合,对纳米材料作进一步研究。

  张加涛回忆,欧阳敏提出了金属@单晶半导体核壳纳米结构这一“完美”结构,对自己来说是一个很大挑战。根据传统材料合成原理是不可能的。“对我来说,挑战传统科学成形的理论是非常困难的,但博士后必须去挑战一些不可能。如果做不好,还有可能失去与他人合作的机会。”

  张加涛凭借所学的无机合成化学经验做了一两年时间,“可以说已经濒临崩溃”,最后终于柳暗花明,还是无机合成化学的方法,改变工艺上的一个点,将这一结构制备了出来。

  “这个过程可谓‘厚积薄发’,离不开我博士期间、德国学习期间的积累,但更关键在于厚积的过程是否坚持下来。在实验过程中,我也常和导师争论,甚至很多时候争论得面红耳赤,用实验数据说话。”张加涛回忆起这段经历,仿佛就在昨天。

  这项名为“大晶格失配下金属@单晶半导体核壳纳米晶的合成及在光—物质—自旋调控方面的新应用”的研究很快发表在《科学》和《自然》杂志上。《科学》评价其为“完美的不匹配”,《自然》对它的评价是“光—物质—电子自旋的完美调控”。不鸣则已,一鸣惊人。一年之内,先后在两大顶级科研期刊发表文章,在国际上都罕见。

  “它是我科研信心增长的关键点。让我感受到科研的兴趣,来源于不断的努力和坚持,也证实了我有做科研的兴趣和能力。”张加涛说。

  抓住意料之外的“不好结果”

  就在众人为他欢庆,恭喜他能在美国轻松地找到一份不错的职位之时,张加涛却毅然决定回国。心中的那份家国情怀,牵动着这位从山东沂蒙革命老区走出来的教师。2011年,他回到了母校(中国)科技公司任教。

  “徐特立老校长曾说‘实事求是,不自以为是’,我理解的是一定要严谨,做科研本身是‘求是’的过程,做人也应当如此。第一,要跟学生做到心与心的交流;第二,要努力发现别人的优点;第三,做人要严谨、诚实。”张加涛说。

  在北理工的科研生涯中,有一件令张加涛难忘的事。这还得从他带的第一批硕士研究生赵倩、刘健说起。他们在做用阳离子交换法制备CdS量子点的实验时,发现本该发黄色荧光的量子点发出了红色荧光。刘健、赵倩以为实验操作过程中犯了错误,找他说明情况时还面带愧疚。当时,大家并不太在意,然而,一年后再次测试,依然发红光。张加涛发现这并不是实验操作过程中的错误导致,而是一个新的现象,于是深挖下去,解决了掺杂能级和掺杂发光稳定性这一国际难题,并最终将研究成果发表在《先进材料》杂志上。

  “科研结果没有好坏之分,也许一个意料之外的‘不好结果’,其中就暗含着全新的理论或方法,因此在实验中一定要抓好每个细节。”张加涛后来总是这么对学生说。

  在博士生白冰眼里,导师张加涛善于用简单的方法解决复杂的问题,就像“太极中的四两拨千斤”。而博士生张二欢眼中的导师,“一开始很严肃,接触之后发现他很接地气”。

  张加涛所在的办公室楼层有一个乒乓球台。平时,做实验不顺、心情郁闷时,就照着乒乓球抽两下,“这是很好的解压方式”。

  采访快要结束,门口露出一个“小脑瓜”来找爸爸,张加涛珍惜和孩子在一起的时光,“谁说搞科研不顾家,带孩子的时候才是脑子完全放松的时候”。

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